劉東煤礦西二（10）下煤柱開(kāi)采綜合防水技術(shù)探究

吳義北

摘要：本文以井下實(shí)際水文地質(zhì)條件為依據(jù)，對(duì)礦井西二（10）下煤柱山西組10煤層開(kāi)采所受的周邊采空水及斷層構(gòu)造水害進(jìn)行了綜合分析及防水方案選擇比較，提出了可行性開(kāi)采思路，最終實(shí)現(xiàn)了工作面安全開(kāi)采的目的。

關(guān)鍵詞：防水煤巖柱;導(dǎo)水裂隙帶;治理

1.引言

新光集團(tuán)劉東煤礦西二（10）下采區(qū)位于我礦井田西翼，于2002年進(jìn)行采區(qū)設(shè)計(jì)，采區(qū)施工中采用了10、7煤層巷道聯(lián)合布置，二層煤層巷道相通，7煤層由于煤層賦存不穩(wěn)，局部煤層較薄，構(gòu)造較多，基本未能形成較為完整的工作面。西二（10）下采區(qū)于2011年進(jìn)行了封閉，現(xiàn)積水面積246594m²，總積水量7煤47547m³+10煤98770m?=146317m³，（最大靜水壓力1.5Mpa）。現(xiàn)西二煤柱正常進(jìn)行回收工作，采空區(qū)的積水水泵進(jìn)行自動(dòng)排水，采空區(qū)積水水位標(biāo)高-275m，對(duì)工作面回采影響最大水壓1.2Mpa。開(kāi)采塊段南側(cè)為采空區(qū)、西側(cè)為F203斷層保護(hù)煤柱線，北側(cè)為-460西皮帶機(jī)巷保護(hù)煤柱線，由于四周為斷層和采空區(qū)，由于此段煤層一直沒(méi)有采動(dòng)，造成資源浪費(fèi)，為保證資源有效利用。所以對(duì)此塊段進(jìn)行了專項(xiàng)開(kāi)采方案設(shè)計(jì)，其中水害綜合治理尤為重要。

2.工作面地質(zhì)概況

西二（10）下采區(qū)，10煤層與72煤層間距為70～75m，可分為上、中、下三部分。上部平均厚度25m，主要由灰綠、灰色、雜色泥巖、粉砂巖、鋁質(zhì)泥巖及含礫中粗砂巖組成，含薄煤層1～2層。中部平均厚度20m為雜色泥巖，灰色粉砂巖夾灰綠色中細(xì)砂巖組成，一般不含煤層。下部平均厚度30m，巖性主要為灰白或淺灰色的中細(xì)粒砂巖，深灰色的粉砂巖及灰黑色的泥巖和煤層組成。西二（10）下采區(qū)10煤層頂板為穩(wěn)定的淺灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)的泥巖和灰色的粉砂巖和灰白色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)的中細(xì)砂巖，此塊段煤層傾角為22—32°，平均28°，煤厚2.2m～3.0m，平均2.6m，工作面走向長(zhǎng)350m，傾向最大寬度80m，儲(chǔ)量12萬(wàn)噸。

3、防水方案設(shè)計(jì)選擇

3.1方案一：從西二（10）下軌道下山進(jìn)行排水，將西二（10）下積水全部排清，從西二7煤層軌道巷施工巷道進(jìn)入工作面回采巷道施工。

3.2方案二：從-460西皮帶機(jī)巷進(jìn)入進(jìn)行施工回采巷道，對(duì)西二（10）下采空區(qū)積水留設(shè)煤柱。

3.3方案選擇對(duì)比

方案一優(yōu)點(diǎn)：A、可以將對(duì)西二（10）下采空區(qū)積水全部排掉，釋放儲(chǔ)量約1.8萬(wàn)t;B、減少開(kāi)采水害危險(xiǎn)性;

方案一缺點(diǎn)：A、對(duì)西二（10）下采空區(qū)積水全部排掉，排水費(fèi)用約20萬(wàn)元，且施工巷道、回采期間長(zhǎng)期進(jìn)行排水，增加排水費(fèi)用;B、從西二7煤層軌道巷施工巷道，進(jìn)入回采巷道施工，下部有構(gòu)造FZ2斷層。與下部無(wú)法形成完整的一個(gè)工作面;C、對(duì)西二（10）下采空區(qū)積水和淤泥，需要清理和維護(hù)原西二（10）下采區(qū)軌道下山和皮帶下山，巷道失修嚴(yán)重，預(yù)計(jì)工程較大;D、生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，不利于安全管理

方案二優(yōu)點(diǎn)：A、從-460西皮帶機(jī)巷進(jìn)入進(jìn)行施工回采巷道，時(shí)間短，工程速度快。無(wú)需要過(guò)斷層;B、無(wú)需要過(guò)FZ2斷層;C、對(duì)西二（10）下采空區(qū)積水不需要排清，減少排水費(fèi)用;D、不需要進(jìn)行對(duì)西二（10）下采區(qū)系統(tǒng)重新維修。減少工程量和時(shí)間;E、生產(chǎn)系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少，增加安全可靠性。

方案二缺點(diǎn)：A、FZ2斷層上部的煤層無(wú)法進(jìn)行回采，損失部分儲(chǔ)量;B、施工約50m進(jìn)風(fēng)巷巖巷，增加生產(chǎn)成本。

故通過(guò)安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性綜合比較分析，最終選擇方案二科學(xué)留設(shè)防水煤巖柱的防水開(kāi)采方案。

4、西二（10）下采空區(qū)及斷層防水煤柱設(shè)計(jì)

留設(shè)依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》相關(guān)規(guī)定留設(shè)。在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下的煤層中進(jìn)行回采時(shí)，防隔水煤柱的尺寸，不得小于導(dǎo)水裂隙帶最大高度與保護(hù)帶高度之和。

計(jì)算公式一：Hli=100∑M÷（1.6∑M+3.6）±5.6

Hli—導(dǎo)水裂隙帶高度 ??????∑M—采厚取2.5m

得Hli=27.3—38.5m，取最大值38.5m。

計(jì)算公式二：Hli=20∑M+10 ??????得Hli=41.6m

根據(jù)以上兩個(gè)計(jì)算公式導(dǎo)水裂隙帶取最大值41.6米。

L= Hli+10 ??????????????L—煤柱留設(shè)的寬度，m

Hli—裂隙帶最大高度，取41.6m;保護(hù)帶高度—一般取10m

結(jié)果計(jì)算得西二10下老空區(qū)防水煤柱留設(shè)應(yīng)不得小于51.6米，加上Fz2斷層放水煤柱留設(shè)的20m煤巖柱，考慮安全開(kāi)采原則，故最終留設(shè)放水煤巖柱不得小于75m。

5、水體受采動(dòng)影響的分析和預(yù)計(jì)

（1）、我礦沒(méi)有實(shí)測(cè)的采動(dòng)影響的資料，參考附近礦井資料，采動(dòng)后塌陷角按60°計(jì)算，西二（10）下采空區(qū)煤柱按75m留設(shè)，原采空區(qū)積水對(duì)工作面回采不會(huì)產(chǎn)生影響。

（2）、7煤層與10煤層層間距約70～75m，根據(jù)上述《本礦井實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂隙帶最大高度》和《煤礦防治水規(guī)定》計(jì)算最高導(dǎo)水裂隙帶高度為41.6m+10m保護(hù)層10m，留設(shè)51.6<70～75m（煤層采厚2.5m）。

（3）參考《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)第1298頁(yè)表3-5-37基巖含水層和其它水體下采煤實(shí)例第5個(gè)，煤層傾角13～20°，采高2.5m，裂采比26：1，采空區(qū)積水層間法距65～70m，回采時(shí)工作面涌水量正常，安全回采。本礦此工作面采高2.5m，煤層傾角為22—32°，平均28°，煤厚2.2m～3.0m，平均2.6m，裂采比12.4：1，與上部7煤層采空區(qū)層間距為70-75米，同樣可實(shí)行安全回采。

6、結(jié)論

通過(guò)對(duì)采前開(kāi)采塊段的開(kāi)采狀況及水文地質(zhì)條件分析，進(jìn)行了防水方案比較選擇，最終確定了正確的開(kāi)采方法，科學(xué)留設(shè)了采空和斷層構(gòu)造防水煤巖柱。西二（10）下工作面開(kāi)采綜合水害治理技術(shù)，符合《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水規(guī)定》相關(guān)要求，最終實(shí)現(xiàn)工作面的安全回采。

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